DE102006034184B4

DE102006034184B4 - Druckgesteuerter Kupplungsspitzendrehmomentbegrenzer

Info

Publication number: DE102006034184B4
Application number: DE102006034184A
Authority: DE
Inventors: Rupert Stephen Essex de Salis; Nathan Essex Saville; Andrew Brentwood Thomson; Alistair Grays Hunt; Joe Slocombe
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2006-07-24
Publication date: 2011-06-30
Anticipated expiration: 2026-07-25
Also published as: GB2428763A; DE102006034184A1; US20070175727A1; US7556133B2; GB2428763B; GB0515252D0

Abstract

Kupplungsspitzendrehmomentbegrenzer zum Regeln der Flussrate von Fluid zwischen einem Kupplungsgeberzylinder und einem Kupplungsnehmerzylinder in einem Fahrzeuggetriebe, aufweisend:
ein Rückschlagventil (12b, 18) zum Ermöglichen eines freien Flusses des Fluids von dem Kupplungsgeberzylinder zu dem Kupplungsnehmerzylinder,
eine Rücklauföffnung (28) zum Ermöglichen eines Rückflusses des Fluids von dem Kupplungsnehmerzylinder zu dem Kupplungsgeberzylinder, und
ein druckgesteuertes Ventil (14) parallel zu dem Rückschlagventil (12b, 18) und der Rücklauföffnung (28) zum Ermöglichen eines Fluidflusses zwischen dem Kupplungsnehmerzylinder und dem Kupplungsgeberzylinder, wobei das Ventil (14) öffnet, wenn der Druck an jeder Seite des druckgesteuerten Ventils (14) ein vorbestimmtes Niveau überschreitet, wobei der Kupplungsspitzendrehmomentbegrenzer (10) ferner einen Körper (12a) aufweist, der das Rückschlagventil (12b, 18) und die Rücklauföffnung (28) aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass
der Körper (12a) an dem einen Ende durch das druckgesteuerte Ventil (14) abgedichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft Fahrzeuggetriebesysteme, insbesondere zum Reduzieren des Drehmomentstoßes, dem Fahrzeugbauteile ausgesetzt sind.
Bei Fahrzeugen mit herkömmlichen Handschaltgetrieben ist, wenn sie sich aus dem Stillstand fortbewegen, von dem Fahrer einige Erfahrung nötig, um eine angemessene Motordrehzahl zu halten, während eine geeignete Antriebskraft auf die Räder übertragen wird. Wenn die Kupplung zu schnell freigegeben wird, kann der Motor abgewürgt werden, was einen Neustart erfordert. Andere Fehlerzustände können lautes Überdrehen des Motors, holprige und ruckartige Bewegung, oder Fehler beim Erreichen der gewünschten Fahrzeugposition oder der Beschleunigungsrate umfassen. Diese Probleme können im Allgemeinen mit Geschicklichkeit und Erfahrung bewältigt werden, jedoch befriedigen sie nicht weniger geschickte Fahrer und jene, die ein anderes Fahrzeug zum ersten Mal fahren.
Ein zweites Problem besteht darin, dass ein schneller Kupplungseingriff beim Wegfahren, ein Motorruckstart oder ein schlechter Gangwechsel auftritt, woraus sich übermäßige Belastungen an Getriebe, Antriebsstrang und Aufhängungsbauteilen ergeben. Diese könnten daher kostengünstiger und leichter gemacht werden, wenn dieser Effekt reduziert werden würde.
Die Hauptursache ist, dass für eine kurze Zeit, nachdem die Kupplung freigegeben ist, die Drehzahlen des Antriebs und der Räder noch nicht mit dem Motor synchronisiert sind. Das volle ”Schlupfmoment” der Reibungskupplung mit ihrem vollen Anpressdruck wird über die obigen Bauteile unabhängig von dem Motordrehmoment oder der Reifenreibung übertragen. Dieses Schlupfmoment ist üblicherweise 1,3 bis 3 Mal so groß wie das höchste Abtriebsdrehmoment, das der Motor im stabilen Betriebszustand liefern kann. Das Kupplungsschlupfmoment und die Übersetzungsverhältnisse usw. sind die einzigen bedeutenden Faktoren, die das resultierende Spitzendrehmoment steuern, wenn nicht das Betätigungssystem den Eingriff der Kupplung verlangsamen kann.
Diese Probleme werden durch gegenwärtige Trends zu höherem Kupplungsschlupfmoment verschlimmert, wodurch Fehlerzustände schwieriger zu vermeiden sind.
Bei einem bekannten Versuch, das obige Problem zu mildern, wird ein Rückschlagventil verwendet, das einen freien Fluidfluss von dem Kupplungsgeberzylinder zu dem Kupplungsnehmerzylinder erlaubt. Dieser Fluss bewirkt, dass die Kupplung getrennt werden kann. Eine kleine Öffnung ist in dieselbe Vorrichtung einbezogen, um einen Rückfluss des Fluids von dem Nehmerzylinder zu dem Geberzylinder zu ermöglichen, jedoch mit einer langsamen Rate, wenn das Kupplungspedal freigegeben ist, um die Kupplung wieder einzurücken. Dieser Fluss wird absichtlich verlangsamt, um den Eingriff der Kupplung zu verlangsamen, wodurch die beim Kupplungseingriff auftretenden Spitzendrehmomente reduziert werden.
Üblicherweise ist die Öffnung erforderlich, um einen geringen oder gar keinen Unterschied zu normalen Fahrvorgängen zu machen, jedoch nur um die Heftigkeit von ungewöhnlichen plötzlichen Eingriffen zu begrenzen. Diese Effekte sind jedoch sowohl bei niedrigen als auch hohen Temperaturen schwierig zu erreichen.
Die obige Lösung kann die Kupplungspedalrückführzeit auf ein inakzeptables Maß erhöhen. Die Steuerbarkeit wird infolge der erhöhten Viskosität des Fluids am stärksten bei kalten Temperaturen beeinträchtigt. Diese Begrenzer können daher nur eine begrenzte Steuerung schaffen, was keine akzeptable Lösung des Hauptproblems, sondern nur eine begrenzte Abhilfe für das zweite hervorgehobene Problem darstellt.
US 6 546 727 B2 offenbart einen Kupplungsspitzendrehmomentbegrenzer zum Regeln der Flussrate von Fluid zwischen einem Kupplungsgeberzylinder und einem Kupplungsnehmerzylinder in einem Fahrzeuggetriebe, aufweisend: ein Rückschlagventil zum Ermöglichen eines freien Flusses des Fluids von dem Kupplungsgeberzylinder zu dem Kupplungsnehmerzylinder, eine Rücklauföffnung zum Ermöglichen eines Rückflusses des Fluids von dem Kupplungsnehmerzylinder zu dem Kupplungsgeberzylinder, und ein druckgesteuertes Ventil parallel zu dem Rückschlagventil und der Rücklauföffnung zum Ermöglichen eines Fluidflusses zwischen dem Kupplungsnehmerzylinder und dem Kupplungsgeberzylinder, wobei das Ventil öffnet, wenn der Druck an jeder Seite des druckgesteuerten Ventils ein vorbestimmtes Niveau überschreitet, wobei der Kupplungsspitzendrehmomentbegrenzer ferner einen Körper aufweist, der das Rückschlagventil und die Rücklauföffnung aufnimmt.
Im Hinblick auf die Verminderung der obigen Nachteile wird mit der Erfindung ein Kupplungsspitzendrehmomentbegrenzer zur Regelung der Flussrate von Fluid zwischen einem Kupplungsgeberzylinder und einem Kupplungsnehmerzylinder in einem Fahrzeuggetriebe geschaffen, wobei der Begrenzer ein Rückschlagventil zum Ermöglichen eines freien Fluidflusses von dem Kupplungsgeberzylinder zu dem Kupplungsnehmerzylinder, eine Rücklauföffnung zum Ermöglichen eines Rückflusses des Fluids von dem Kupplungsnehmerzylinder zu dem Kupplungsgeberzylinder, und ein druckgesteuertes Ventil parallel zu dem Rückschlagventil und der Rücklauföffnung zum Ermöglichen eines Fluidflusses zwischen dem Nehmerzylinder und dem Geberzylinder aufweist, wobei das Ventil öffnet, wenn der Druck an jeder Seite des druckgesteuerten Ventils ein vorbestimmtes Niveau überschreitet.
Dabei weist der Drehmomentbegrenzer einen Körper auf, der das Rückschlagventil und die Rücklauföffnung aufnimmt.
Der Körper ist an dem einen Ende durch das druckgesteuerte Ventil abgedichtet.
Der Körper kann aus einem spritzgegossenen Kunststoffmaterial sein.
Vorzugsweise ist das Rückschlagventil ein perforiertes Bypassrohr, das von einer flexiblen Hülse umgeben ist. Vorteilhafterweise ist das Rohr aus bearbeitetem Stahl, und die Hülse ist aus spritzgegossenem Silikongummi.
Gleichermaßen kann das druckgesteuerte Ventil aus spritzgegossenem Silikongummi sein.
Der Zweck der Erfindung ist es, einen schnellen Rücklauf des Fluids von dem Kupplungsnehmerzylinder zu dem Kupplungsgeberzylinder beim Freigeben des Betätigungssystems zu ermöglichen, bis die Kupplung beginnt, einzurücken. An dieser Stelle wird gemäß der Erfindung verhindert, dass der Fluiddruck in dem Kupplungsnehmerzylinder vollständig sofort freigegeben wird. Der Druck wird auf einem Zwischenniveau gehalten, das hoch genug ist, um das Schlupfmoment der Kupplung zu reduzieren, jedoch niedrig genug ist, um die Übertragung eines angemessenen Antriebsdrehmoments zu ermöglichen. Dieser Zustand dauert über einen geeigneten Zeitraum an, nach welchem der Druck vollständig freigegeben wird und der Kupplungsnehmerzylinder seine Wirkung auf die Kupplung vollständig beendet.
Durch Ermöglichen eines schnellen Ausrückens für den größten Teil der erforderlichen Bewegung der Kupplung ist es gemäß der Erfindung möglich, die gesamte Rückstellzeit des Systems auf ein akzeptables Niveau zu reduzieren und sogar noch eine bedeutend langsamere Eingriffsrate am Ende der Bewegung sicherzustellen.
Dies schafft ein sanftes Einrücken des Kupplungspedals selbst nach schneller Freigabe des Betätigungssystems. Daraus ergibt sich, dass das Fahrzeug sehr leicht angetrieben und nahezu unmöglich abgewürgt werden kann. Die Fahrzeugbauteile sind ferner ungeachtet der Temperatur des Kupplungsfluids keinen hohen Belastungen ausgesetzt, die sich üblicherweise aus dem schnellen Kupplungseingriff ergeben.
Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 bis 4 einen Schnitt eines Spitzendrehmomentbegrenzers in verschiedenen Zuständen des Einrückens und Ausrückens des Kupplungspedals.
1 bis 4 zeigen einen Schnitt durch einen Drehmomentbegrenzer. Der Drehmomentbegrenzer ist für den Einbau in den Fluidflusspfad zwischen dem Kupplungsgeberzylinder und dem Kupplungsnehmerzylinder eines Kraftfahrzeuggetriebes vorgesehen.
Der Begrenzer 10 weist einen Körper 12a aus einem spritzgegossenen Kunststoffmaterial auf.
Der Körper 12a weist eine Geberzylinderöffnung 24 in Verbindung mit dem Kupplungsgeberzylinder und eine Nehmerzylinderöffnung 26 in Verbindung mit dem Kupplungsnehmerzylinder auf. Die Geberzylinderöffnung 24 mündet in ein axiales Ende einer zylindrischen Kammer 30, welche wiederum radial mit der Nehmerzylinderöffnung 26 verbunden ist. Die Kammer 30 ist an ihrem anderen axialen Ende durch eine spritzgegossene Silikongummimembran 14 abgedichtet, die durch eine Kappe 16 an dem Körper 12a befestigt ist.
Die Form und Größe der Geberzylinderöffnung 24 ermöglicht das Einsetzen eines Fluidbypassrohres 12b. Das Rohr 12b trennt die Kammer 30 in eine innere Kammer 30a und einen äußeren ringförmigen Bereich 30b.
Beim Einsetzen in den Körper 12a grenzt das von der Geberzylinderöffnung 24 entfernte Ende des Bypassrohres 12b an der Oberfläche der Membran 14 an und dichtet gegen diese ab.
Das Bypassrohr 12b weist vordere Flussöffnungen 20 in der Form von radialen Löchern auf, die in den Umfang des Bypassrohres 12b gebohrt sind. Eine Ventilhülse 18 ist über dem Außenumfang des Bypassrohres 12b vorgesehen, wo das Rohr in die Kammer 30 innerhalb des Körpers 12a hineinragt. Die Ventilhülse 18 ist aus einem spritzgegossenen Silikongummi und dient zum Blockieren der vorderen Flussöffnungen 20. Die Kombination der vorderen Flussöffnungen 20 und der Ventilhülse 18 bildet ein Einwegventil, das derart ausgerichtet ist, dass es einen Fluidfluss von der inneren Kammer 30a in den äußeren ringförmigen Bereich 30b und weiter zu der Nehmerzylinderöffnung 26 ermöglicht.
Das Bypassrohr 12a weist auch ein weiteres Loch oder eine Rückflussöffnung 28 zwischen der inneren Kammer 30a und dem äußeren ringförmigen Bereich 30b auf.
1 zeigt den Fluidflusspfad zu Beginn des Kupplungspedalausrückhubs. Der Druck an dem Kupplungspedal bewirkt einen leichten Anstieg des Fluiddrucks in dem Geberzylinder und einen Durchlauf des Fluids durch die Geberzylinderöffnung 24 hindurch in den Körper 12a hinein. Das Fluid passiert das Bypassrohr 12b, tritt durch die vorderen Flussöffnungen 20 hindurch und lenkt die Ventilhülse 18 leicht aus, um einen Flusspfad zu bilden. Das Fluid läuft dann durch die Nehmerzylinderöffnung 26 hindurch zu dem Nehmerzylinder.
Wenn der Ausrückhub fortgeführt wird und der Druck weiter ansteigt, wird die Membran 14 zusammengedrückt und nach unten ausgelenkt, wie in 2 gezeigt ist. Dies bewirkt, dass der Kontakt der Membran 14 mit dem Bypassrohr 12b gelöst wird und ein weiterer Fluss zwischen der inneren Kammer 30a und dem äußeren ringförmigen Bereich 30b eröffnet wird. Dies dient keinem Zweck während des Ausrückhubs, sondern bereitet die Membran 14 für den Rückhub vor.
Wie in 3 gezeigt, gibt es zu Beginn des Wiedereinrückhubs eine leichte Reduzierung des Druckes, wenn das Pedal bewegt wird, und das Kupplungsfluid tritt von dem Nehmerzylinder in die Nehmerzylinderöffnung 26 ein. Die Rückflussdrucköffnung 22 dient als eine Begrenzung des Flusspfades stromabwärts der Membran 14. Durch Begrenzung des Flusses aus dem Begrenzer 10 heraus bleibt der Druck an der Membran 14 hoch genug, um die Auslenkung der Membran 14 aufrechtzuerhalten. Das Fluid kann daher durch den Spalt zwischen der Membran 14 und dem Bypassrohr 12 hindurch treten. Dies schafft einen freien Pfad über die Geberzylinderöffnung 24 zurück zu dem Geberzylinder.
Wenn der Wiedereinrückhub fortgeführt wird, bleibt der Druck hoch. In dem Falle, dass das Pedal vollständig freigegeben (”zurückgestellt”) wird, bleibt der Druck innerhalb des Körpers 12a hoch, da die Rückflussdrucköffnung 22 den Flusspfad begrenzt. Infolgedessen bleibt die Membran 14 ausgelenkt, und der Spalt zu dem Ende des Bypassrohres 12b wird beibehalten. Dies ermöglicht, dass das Fluid von der Öffnung 26 über den Drehmomentbegrenzer 10 zu der Öffnung 24 fließt, was einen Wiedereinrücken der Kupplung ermöglicht.
4 zeigt den Flusspfad, wenn das Wiedereinrücken der Kupplung beginnt. Die Kupplungsgleitflächen beginnen, die Belastung der Spannfedern aufzunehmen, was bewirkt, dass der Druck in dem Nehmerzylinder und somit in der Öffnung 26 abfällt. Dieser Druckabfall wird durch den Drehmomentbegrenzer 10 übertragen, was bewirkt, dass die Membran 14 aus ihrer Auslenkung zurückkehrt und dicht gegen das Bypassrohr 12b abschließt. An dieser Stelle wird das Kupplungspedal nahezu oder vollständig zurück in seine Ruheposition bewegt.
Wenn das Wiedereinrücken der Kupplung fortgeführt wird, muss die übrige Fluidbewegung über die Rückflussöffnung 28 stattfinden, da die anderen beiden Pfade nun blockiert sind. Diese Fluidbewegung bringt den Fluiddruck in dem Nehmerzylinder langsam nach unten auf Null (Messdruck) in seinen gewünschten Ruhezustand. Während dieser Zeit (üblicherweise 0,1 bis 1 Sekunde) wird verhindert, dass die Kupplung mit ihrer vollen Anpresskraft einrückt, da die Anpresskraft durch die bleibende Wirkung der Fluiddrucks in dem Nehmerzylinder reduziert wird. Dies ermöglicht, wenn es erforderlich ist, einen Schlupf der Kupplung, während die Drehzahlen des Getriebes und des Motors synchronisiert werden.
Demzufolge wird der Eingriffsvorgang, während er nicht bedeutend verlangsamt oder verzögert wird, in seinem Endstadium ”gemildert”, wodurch das Auftreten von übermäßigen Antriebskräften reduziert wird, was das Einrücken der Kupplung ohne Abwürgen des Motors erleichtert.

Claims

Kupplungsspitzendrehmomentbegrenzer zum Regeln der Flussrate von Fluid zwischen einem Kupplungsgeberzylinder und einem Kupplungsnehmerzylinder in einem Fahrzeuggetriebe, aufweisend: ein Rückschlagventil (12b, 18) zum Ermöglichen eines freien Flusses des Fluids von dem Kupplungsgeberzylinder zu dem Kupplungsnehmerzylinder, eine Rücklauföffnung (28) zum Ermöglichen eines Rückflusses des Fluids von dem Kupplungsnehmerzylinder zu dem Kupplungsgeberzylinder, und ein druckgesteuertes Ventil (14) parallel zu dem Rückschlagventil (12b, 18) und der Rücklauföffnung (28) zum Ermöglichen eines Fluidflusses zwischen dem Kupplungsnehmerzylinder und dem Kupplungsgeberzylinder, wobei das Ventil (14) öffnet, wenn der Druck an jeder Seite des druckgesteuerten Ventils (14) ein vorbestimmtes Niveau überschreitet, wobei der Kupplungsspitzendrehmomentbegrenzer (10) ferner einen Körper (12a) aufweist, der das Rückschlagventil (12b, 18) und die Rücklauföffnung (28) aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (12a) an dem einen Ende durch das druckgesteuerte Ventil (14) abgedichtet ist.
Drehmomentbegrenzer nach Anspruch 1, wobei der Körper (12a) aus einem spritzgegossenen Kunststoffmaterial ist.
Drehmomentbegrenzer nach den Ansprüchen 1 bis 2, wobei das Rückschlagventil (12b, 18) ein perforiertes Bypassrohr (12b) ist, das von einer flexiblen Hülse (18) umgeben ist.
Drehmomentbegrenzer nach Anspruch 3, wobei das perforierte Bypassrohr (12b) aus bearbeitetem Stahl ist und die Hülse (18) aus spritzgegossenem Silikongummi ist.
Drehmomentbegrenzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das druckgesteuerte Ventil (14) aus spritzgegossenem Silikongummi ist.